[发明专利]一种三维超晶格相变存储阵列及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，包括下电极单元、超晶格结构和上电极；

所述下电极单元沉积于衬底之上，由下电极层和绝缘层交替堆叠形成；该下电极单元内部具有一个沿垂直于堆叠方向上开设的深孔且所述深孔的底面延伸至衬底；

所述超晶格结构形成于所述深孔的侧壁上，由第一相变层和第二相变层在所述侧壁上交替沉积而成；

所述上电极填充在超晶格结构形成的腔体中，且该上电极与超晶格结构的最内层的相变层表面接触。

2.如权利要求1所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述深孔的底面与最底层的下电极层之间在垂直于衬底方向上的距离大于超晶格结构的厚度。

3.如权利要求1或2所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述下电极单元的堆叠周期数为2-100，单个堆叠周期内的下电极层和绝缘层的沉积厚度之和为1-10nm。

4.如权利要求1或2所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述超晶格结构的周期数为5-100；

单个超晶格周期内的第一相变层和第二相变层的沉积厚度之比为1:10～10:1，沉积厚度之和为2-10nm；第一相变层和第二相变层的晶格失配率在0.1％至10％之间。

5.如权利要求1或2所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述第一相变层和第二相变层的相变材料为Sb单质、Ge-Te二元化合物、Ge-Sb二元化合物、Sb-Te二元化合物、Bi-Te二元化合物、In-Se二元化合物、Ge-Sb-Te三元化合物、Ge-Bi-Te三元化合物、Ge-Sb-Bi-Te四元化合物或者它们经元素掺杂形成的化合物中化学式不同的任意两种；

掺杂的元素为C、Cu、N、O、Si、Sc、Ti、Ag、In中的至少一种。

6.如权利要求5所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述第一相变层和第二相变层的相变材料选自GeTe、GeSb、Sb₂Te₃、Bi₂Te₃、Ge₂Sb₂Te₅、Ge₁Sb₂Te₄中任意不同的两种。

7.如权利要求1或2所述的三维超晶格相变存储阵列，其特征在于，所述上电极、下电极层的材料选自Al、W、Ag、Cu、Au、Pt、Ti₃W₇中的任意一种；

所述绝缘层的材料选自SiO₂、SiC、(ZnS)_x(SiO₂)_100-x中的任意一种；其中，x为大于0小于100的整数。

8.一种三维超晶格相变存储阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在衬底上沉积下电极单元，所述下电极单元由下电极层和绝缘层交替堆叠形成；

S2：沿垂直于堆叠方向上在下电极单元中刻蚀深孔，所述深孔的底面延伸至衬底；

S3：在深孔的侧壁上交替沉积第一相变层和第二相变层以形成超晶格结构，直至所述超晶格结构的周期数达到预设值；

S4：在所述超晶格结构形成的腔体中填充上电极，且所述上电极与超晶格结构的最内层的相变层表面接触，得到三维超晶格相变存储阵列。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格结构的沉积方法采用原子层沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、物理气相沉积、化学气相沉积方法中的任意一种。

10.一种相变存储器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述三维超晶格相变存储阵列。